摘　要：通过对密封件过盈量、腰部厚度、唇口角度、外径过盈量等参数的优化，给出了这些参数的Z佳取值范围，并通过试验证明了其密封性能良好。
　　关键词：深沟球轴承；密封件；结构；参数；试验
　　1　密封件的性能要求
　　汽车交流发电机中的轴承，长期暴露在粉尘、泥水的环境中，又在高温、高载荷下从低速到高速运转，因此要求其具有高的可靠性。而密封件的工作可靠性和使用寿命是衡量轴承性能好坏的一个重要指标。由于发动机的高性能化及交流发电机的小型化，交流发电机的转速从以往的Z高15000～18000r/min发展到目前已超过22000r/min，甚至更高，而且由于安装空调、ABS等使发动机内部装置密度加大，周围气温升高，轴承密封件的工作环境会更加恶劣。这对于密封件的结构、胶料性能、轴承的表面粗糙度都提出了严格的要求。因此密封件应具有如下性能：
　　（1）高的耐磨性。发电机在18000～22000r/min做高速运转，对密封件唇口的影响Z大，受轴表面微观不平的磨损，使该部位的尺寸会不断地变大，直至失去密封效能，因此，胶料的耐磨性能必须保证长时间的运行。
　　（2）耐疲劳性能。发电机高速运转时，由于制造、装配、工艺等因素的影响，会出现轴的径向跳动、轴向窜动及转动引起的振动，这些都会通过密封件的唇口向腰部传递，久而久之则会使腰部产生疲劳，失去弹性，也就失去了对唇口的支撑，导致密封件失效。
　　（3）良好的耐热性能。轴承在高速下运转，会产生大量的热，特别是在沙漠和热带地区，这种现象更加严重。
　　2　密封件的结构设计
　　根据以上性能要求，密封结构设计的要点是具有耐高速、耐高低温、防泥水、防灰尘、防油和低启动力矩的高性能橡胶密封圈。为此设计了非接触式、轻接触式、中接触式及重接触式4种形式的密封件。由于试验证明重接触式密封件启动力矩较大，而且磨损较严重，不适用于汽车交流发电机中轴承密封件的耐高温、高速、耐久性能要求，故不做介绍。
　　2.1 非接触式（间隙式）
　　非接触式（图1）即密封件的唇口与轴承内圈的径向及轴向均是间隙配合，其间隙值一般为0.02～0.06mm，其特点是由于唇口与轴承内圈没有接触，故启动力矩非常小，且不存在唇口的磨损问题。但对轴承的径向和轴向游隙敏感性较强，容易产生一边间隙过大造成漏水现象，故不宜选用。

　　2.2 轻接触式

　　轻接触式（图2）的特点类似于间隙式密封，唇口与内圈的接触量一般为0.05～0.12mm，同样具有较轻的启动力矩和较好的耐磨性能，但是由于轴承的游隙和工作时的颤动，还不能满足耐水性能的要求。

　　2.3 中等接触式
　　中等接触式与内圈的过盈量一般为0.15-0.25mm，在这种条件下，唇口与轴的径向接触力适中，密封件的各种技术指标都处于Z佳状态，适中的过盈量可以消除游隙、颤动对轴承密封件的唇口密封性能的影响。其耐高速、耐高低温、防泥水、防灰尘、防油和低启动力矩等性能Z好。
　　2.3.1 过盈量的确定
　　过盈量即密封件唇口直径与轴承内圈轴头及轴肩之间的尺寸之差，是密封件Z重要的参数之一，合理的过盈量是密封件具有良好性能的必要条件，它可以产生径向力，并补偿轴的偏心。过盈量过小则接触力较小，轴与唇口不能形成良好的配合，不利于油膜的形成，而且经过一段时间的工作，会使唇口发生一定量的磨损，引起外界泥水的侵入和油脂的泄露，导致密封件失效；而过盈量过大，则径向力和二道唇口与轴肩的接触应力变大，过大的应力会使唇口下的油膜失效，导致轴与唇产生剧烈的摩擦，使密封件快速磨损，唇口变大而失效。在做了大量的试验和模拟后，将过盈量定为0.15mm，见图3。

　　2.3.2 腰部厚度的确定
　　腰部厚度与过盈量同样重要，为了使唇口具有良好的随动性能，腰部厚度必须在一个合理范围内取值。过厚则随动性差，唇口与轴的接触力大，造成过快的磨损；过薄则会使接触力消失，唇口密封性能失效，引起外界泥水的侵入和油脂的泄露。因此，腰厚应该既能使唇口有良好的随动性，又不能太薄失去对唇口的支撑，所以将厚度定为0.5-0.6mm，见图4^[1]。

　　2.3.3 唇口前、后唇角的确定
　　唇口部位前、后唇角的差值对密封件的泵汲效应有很大的影响，选择合适的前、后唇角对防水和防泄露功能很重要。对密封件的外唇口来讲，防止外界泥水、沙粒、杂质等异物的进入是其主要功能，因此，其前唇角应大于后唇角；而对于侧唇口而言，其主要功能是防止轴承内部的油脂向外泄露，因此，它与外唇的功能恰恰相反，所以采用间隙密封即可。由参考文献^[2]可知，前、后唇角的差值为15°-25°时对泵汲效应非常有利。因此把前唇角定为45°，后唇角定为25°。见图5。

　　2.3.4 外径过盈量的确定
　　外径与轴承配合得过紧，则安装困难，且易使密封件变形，可能使唇口失效；过松则外径与轴承外圈的摩擦力不足，产生的后果主要是崩盖（轴承高速运转时产生的内部气压将密封件从安装槽内顶出）和密封件随轴旋转（内唇口的摩擦阻力大于外径的摩擦阻力，因此在轴高速旋转时将密封件带动一起旋转）而失效。通过试验，该过盈量应该与密封件的胶料、骨架材料及厚度、骨架外包胶层的厚度、密封件外径尺寸相匹配，一般应为0.15-0.3mm。见图6^[3] 。

　　3　密封件的性能试验
　　将装有中等接触式密封件（密封件材料为氟橡胶）的SA6303发电机轴承进行以下性能试验。
　　3.1 耐久性试验
　　（1）常温环境下，在室内试验机上进行试验，轴承转速为18000r/min，径向载荷为其径向额定动载荷的8％，连续试验时间不少于4h，试验时间不低于18000h。
　　（2）在常温环境下，将轴承装入相应的交流发电机中，按表1所列的条件进行循环试验，连续试验时间不少于4h，试验时间不低于2000h。

表1 耐久性试验循环周期

注：1） n_max为交流发电机的Z高工作转速；2）I_R为交流发电机的基本额定电流。 

　　将SA6303轴承按上述条件进行试验，达到了规定要求，轴承无渗漏，密封效果良好。
　　3.2 防水性能
　　3.2.1 静态防水试验
　　轴承在（90±2）℃的高温箱中放置1h后，将轴承竖直浸入水深200mm的容器中，10min后取出，轴承表面干燥后，测量轴承质量。对试验前、后的轴承进行称重比较，变化量应不大于0.10g；拆开密封件，目测轴承内部不应有水珠或渗漏现象。试验结果见表2，密封件的防水性能良好。

表2 SA6303轴承密封件静态防水试验数据

　　3.2.2 动态耐水试验
　　用两个轴线垂直于轴承端面的喷嘴向轴承连续喷水，喷嘴孔径为3mm，两个喷嘴位于轴承内、外径的平均直径上，并呈180°分布，喷嘴与轴承密封圈端面的距离为10mm，喷水量为1L/min。常温环境下，轴承内圈转速2000r/min，径向载荷为4N，试验时间为2h。待轴承表面干燥后，测量轴承质量。表3为试验数据及结果。

表3 SA6303轴承密封件动态耐水性能试验数据

　　3.3 静态高温密封试验
　　轴承在高温箱和低温箱内交替放置，使其经受温度的迅速变化。将轴承放入（130±2）℃的高温箱中，保温2h，再将轴承放入（-40±2）℃的低温箱中，保温2h，然后取出，轴承从高（低）温箱到低（高）温箱的转换时间不超过30s。上述过程构成一个循环，整个试验包括10个循环过程。试验后目测SA6303轴承没有出现任何的油脂泄漏，密封性能良好。
　　4　结束语
　　由SA6303发电机轴承的以上各性能试验可知，将唇口过盈量、密封唇口的前、后唇角以及腰部厚度进行优化的中等接触式密封件可以将泥水、灰尘、沙粒等杂质进行有效的阻止，并对轴承内部的润滑油脂起到良好的密封作用，解决了密封件在高温、高速、恶劣环境下的易磨损、脱盖、漏脂、漏水等问题，各方面的性能指标都已经达到使用要求。
　　参考文献：
　　[1]刘印文,刘振华,刘涌.橡胶密封制品实用加工技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
　　[2]王保森.油封唇口压力大小及分布的有限元分析[J].特种橡胶制品,2007(4):39-42.
　　[3]刘桂明,宋跃茹,张伯洪.骨架式轴唇密封囤及其模具概况[J].橡胶工业,2004(2):93-97.